am Beispiel der Kühlblöcke für AGIPD Galvano-Formen am Beispiel der Kühlblöcke für AGIPD Annette Delfs, FS-DS Engineering Day Hamburg, 25.04.2017 Galvano-Formen keine neue Erfindung, aber eher unbekannte Verwendung Ablauf des Fertigungsverfahrens darstellen Nicht auf Funktion des Detektors eingehen

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Aufgabe: 10 Kühlblöcke fertigen für AGIPD (2 Detektoren à 4 Stk. plus 2 Stk. Reserve) Adaptive Gain Integrating Pixel Detector Zur Übersicht / Einordnung AGIPD = Pixel-Detektor *klick* Entwicklung Mechanik in Gruppe FS-DS AGIPD  XFEL an 2 verschiedenen Beamlines Größe: Flansch Pumpe = DN 200 Sensoren werden heiß, müssen gekühlt werden  Kühlblock wird benötigt

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Übersicht Orangene Linien = Kühlkanäle Kantenlängen = ca. 14 x 13 x 11 cm Innen: -60 °C kaltes Silikonöl, 3 bar Außen: Hochvakuum Werkstoff = Kupfer CW021 (Cu-HCP*) Hier einer der Kühlblocks Kühlmittel wird über zentrale Zuleitung in den Kühlblock gebracht und dann verteilt. *klick* Verdeutlichung der Größenverhältnisse Verwendeter Werkstoff = Kupfer *klick * High Conductivity Phosphorous Copper (früher als SE-Cu57 bekannt)

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Fertigungs-Schritte (Vor-)Fertigung des Bauteils mit Außengeometrie und Kühlkanälen, aber ohne weitere Details. Verschließen der Kühlkanäle mittels Galvano-Formen. Fertigbearbeitung der erforderlichen Geometrie. Fertigungs-Strategie zusammen mit Galvaniseur entwickelt *klick (Text Folie) *klick*

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Spezielle Aufgabenstellungen an diesem Bauteil: Bauteil nun im 1. Fertigungsschritt (mit Kühlkanälen, aber ohne Details) (Text Folie) *klick*  Kühlfläche pink umrahmt *klick Zweites Bild erscheint *klick*  Tieflochbohrungen umrahmt *klick* *klick*  Rohrstutzen umrahmt Kühlfläche aufbauen Tieflochbohrungen verschließen (Edelstahl-)Rohrstutzen angalvanisieren

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Darstellung in Zeichnungsansichten: Das gleiche wie auf der vorigen Folie, nur dargestellt in den Zeichnungsansichten Kühlfläche aufbauen Tieflochbohrungen verschließen Rohrstutzen angalvanisieren

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Wie funktioniert Galvano-Formen? [englisch: Electro-Forming]  Wie „normales“ Verkupfern, nur mit größerer Schichtdicke. Hohlräume mit Wachs füllen. Aufzugalvanisierende Kupferflächen beizen. Wachs-Oberflächen mit Graphit leitend machen. Bauteil einige Tage ins galvanische Bad hängen. Aufwuchs 20 – 25 µm/h. Nach dem Galvanisieren bei 180 °C das Wachs aus den Hohlräumen ausschmelzen (keine Gefügeänderung bei 180 °C!). Spanende Fertigbearbeitung. Nach Erläuterung der speziellen Aufgabenstellung nun erst einmal Erklärung des Verfahrens.

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Fertigung VOR dem Galvano-Formen (Fertigungs-Schritt 1) Fertigung der äußeren Geometrie und der Kühlkanäle. 1 3 Verkupferte Rohrstutzen in den Kühlblock eingesetzt. PE-Kerne eingesetzt (wichtig beim Galvanisieren). Nun zu den Bildern aus der Fertigung Bild 1 (Text Folie) Bild 2 Bauteile für turbulente Strömung  nicht drauf eingehen) Bild 3 PE-Kerne eingepasst, damit sich dort kein Kupfer ansetzt. Einsetzen aller Bauteile, die im Kühlkanal verbleiben (für turbulente Strömung). 2

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Beim Galvaniseur (Fertigungs-Schritt 2) Alle Kavitäten sind mit Wachs aufgefüllt und bündig zur Oberfläche abgezogen. 4 6 7 Jetzt beim Galvaniseur Bild 4 (Text Folie) Bild 5 Bild 6 Bild 7 vorher nach 15 Minuten (Aufwuchs 20 – 25 µm/h) Zu verkupfernde Fläche gebeizt und mit Graphit versehen. 5

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Beim Galvaniseur (Fertigungs-Schritt 2) Zum Verschließen der Tieflochbohrungen wird der restlichen Kühlblock eingewickelt. 8 Galvano-Schritte zusammengefasst: Kühlfläche aufbauen Tieflochbohrungen verschließen Rohrstutzen angalvanisieren Schritt a) und Schritte b)/c) werden getrennt voneinander galvanisiert. 6 7 Bild 8 (Text Folie) Bild 9 *klick* Detail (Zeichnung)  Einpassen Rohransatz in Kupferblock Einfärben Kupferanlagerung Text Folie Kupfer, das sich an dem verkupferten Bereich des Edelstahl-Rohransatzes angesetzt hat (nach dem Ausschmelzen des Wachs). 9

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Beim Galvaniseur (Fertigungs-Schritt 2) Kühlfläche nach dem Galvano-Formen und Ausschmelzen des Wachs. 10 Nachdem das Wachs ausgeschmolzen ist und alle Abdeckungen entfernt, ist der Kühlblock bereit für das finale Zerspanen. 6 7 Bild 10 (Text Folie) Kupfer lagert sich besonders an Ecken und Kanten an  krumme Form Bild 11 Tieflochbohrungen und Rohrstutzen nach dem Galvano-Formen und Ausschmelzen des Wachs. 11

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Fertigung NACH dem Galvano-Formen (Fertigungs-Schritt 3) Kühlblock nach dem finalen Zerspanen 12 6 7 (Text Folie) a) Kühlfläche

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Fertigung NACH dem Galvano-Formen (Fertigungs-Schritt 3) Kühlblock nach dem finalen Zerspanen 13 15 b) Verschluss Tieflochbohrung 14 c) Rohrstutzen für das Anschweißen der Kühlrohre 16 6 7 (Text Folie) b) Verschluss Tieflochbohrung

Galvano-Formen der Kühlblöcke für AGIPD Kühlblöcke, eingebaut im Detektor

Galvano-Formen – who is who? Galvano-Formen: Fa. Galvano-T, Windeck Zerspanende Fertigung: Fa. Körber & Körber, Birkenwerder Zerspanende Nacharbeiten: ZM3, Frank Schuhmann Enge Zusammenarbeit mit ZM2 (Carsten Conrad) Andere Anwendungen für Galvano-Formen bei DESY: Hosenkammer (MVS)  nächste Folie DSSC Kühlblöcke (FS-DS, ähnlich AGIPD Kühlblöcke) Andere Anwendungsarten für Galvano-Formen: Galvano-Formen auf wiederverwendbaren oder verlorenen Kernen für Bauteile mit komplizierter geometrischer Form für dünnwandige Strukturen

Galvano-Formen – weiteres Beispiel Hosenkammer – ZM2 / M. Steudel; ZM 1 / S. Schneider; MVS / L. Knebel nach Galvano-Formen Auf-Galvanisieren auf einem Aluminium-Kern An-Galvanisieren der Flansche 2 mm dicke Kupferschicht Ausätzen des Aluminium-Kerns Alternative zu Aluminium-Kern: 3D-Druck aus Kunststoff. Kunststoff kann nach dem Prozess aufgelöst werden. vor Galvano-Formen

Galvano-Formen – Zusammenfassung Galvano-Formen als Fertigungsverfahren bietet sich an: für die Herstellung von Bauteilen mit komplexen Hohlräumen. wenn Hitzeeinwirkung, z. B. durch Löten, vermieden werden muss. Vielen Dank für Ihre und Eure Aufmerksamkeit!